ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ: ОСОБЕННОСТИ, ПРИМЕРЫ, ДОСТОИНСТВА, НЕДОСТАТКИ - ТЕХНОЛОГИЯ - 2025

В функциональном программировании соответствует программированию шаблона основан на концепции о том , поведение программы в качестве функциональной математической модели , а не явные последовательности инструкций для процессора, который является основным понятием в императивном программировании.

Функциональный язык делает упор на утверждения и термины, а не на выполнение операторов. В этом программировании результат будет зависеть только от параметров, которые передаются функции, в отличие от других типов, которые подчиняются локальному или глобальному состоянию.

Схема работы функции отображения в функциональном языке программирования Haskell. Источник: Автор Pluke - собственная работа, CC0 commons.wikimedia.org.

Его название происходит от математических функций, которые представляют собой присвоение набора входов набору выходов. Математическая функция на самом деле не выполняет никакой работы, а скорее описывает модель процесса, объясняя с помощью формулы, что набор входных данных производит в функции.

Основные идеи

Основой, на которой было основано функциональное программирование, было лямбда-исчисление, которое было разработано в третьем десятилетии 20-го века для определения и применения функций. LISP был первым языком программирования такого рода, разработанным в 1960 году.

Хотя большинство языков программирования состоят из входов, выходов и внешних переменных, которые могут быть установлены или использованы внутри функций, функциональное программирование избегает этого. Идея состоит в том, что каждый раз, когда функция вызывается с одними и теми же параметрами, она должна возвращать одно и то же значение.

характеристики

Функциональные языки программирования называются приложениями, потому что функции применяются к их параметрам, а также декларативно и непроцедурно, поскольку определения указывают, что должно быть вычислено, а не то, как это вычисляется.

Чистые функции

Функция считается чистой, если у нее нет наблюдаемых побочных эффектов, таких как изменение внешних переменных, изменения файловой системы и т. Д.

Эти функции считаются убедительными, поскольку они не будут явно изменять какие-либо переменные, от которых в какой-то момент могут зависеть другие части кода. Кодирование с этими ограничениями может показаться неудобным, но эти функции следует рассматривать как детерминированные, предсказуемые и компонуемые.

Первоклассные функции

Функции рассматриваются как значения, которые могут быть присвоены переменным, поэтому их можно передавать и возвращать из других функций. То есть функцию можно использовать, как если бы она была параметром или как возвращаемое значение.

Это означает, что функция может быть передана как таковая, а не просто результат функции. Например, рассмотрим функцию double (x), которая возвращает вдвое больше значения входного параметра. Таким образом, double (2) вернет 4.

Поскольку это функция первого класса, код (double (double (2)) будет таким же, как код double (4). Это позволяет вам вкладывать одну функцию в качестве параметра другой и т. Д.).

Ссылочная прозрачность

Это относится к тому факту, что в этом шаблоне программирования нет операторов присваивания. То есть вы должны определить новые переменные, если хотите сохранить дополнительные значения. Следовательно, состояние переменной постоянно.

Это исключает малейшую возможность нежелательных эффектов, потому что любая переменная может быть заменена своим реальным значением в любой момент выполнения программы.

Рекурсия

В функциональном программировании отсутствуют циклы «for» и «while». Вместо этого итерация основана на рекурсии. Рекурсия реализуется с помощью рекурсивных функций, которые повторно вызывают себя, пока не будет достигнут базовый вариант.

Неизменность

Переменные неизменяемы, то есть изменить переменную после ее инициализации невозможно. Хотя вы можете создать новую переменную, изменение существующих переменных запрещено.

Примеры

Императивный и декларативный подходы

На примере вы можете проанализировать разницу между этими подходами, выполнив одну и ту же операцию в обоих вариантах, а именно отфильтровать нечетные числа из списка, заменив 5 на четные числа меньше 5.

Это тот же расчет с тем же результатом. Однако, как видите, императивный код подробен и не сразу понятен. С другой стороны, декларативный подход понятен и ясен, потому что он фокусируется на том, что вы хотите получить.

Чистые функции

Что определяется как чистые и нечистые функции, можно пояснить на нескольких основных примерах:

Функции как первоклассные объекты

Это означает использовать функции так же, как и данные. Следовательно, их можно передать в качестве параметров другой функции. В следующем примере функцию int можно передать в качестве параметра функции карты:

>>> список (карта (число,))

Их можно присвоить переменным и вернуть. Например, в следующем коде вы можете назначить функцию hello_world, а затем выполнить переменную как функцию.

преимущество

- Сосредоточьтесь на том, чего вы хотите достичь (декларативно), а не на том, как этого достичь (обязательно).

- Они не содержат операторов присваивания, поэтому после того, как переменным будет присвоено значение, они больше не будут изменяться. Следовательно, функциональные программы не содержат побочных эффектов.

- Логическая последовательность ясна, поскольку состояние менее рассредоточено и не изменяется неявно.

- Поддерживает концепцию отложенного вычисления, что означает, что значение оценивается и сохраняется только при необходимости.

- Поскольку чистые функции не изменяют состояние и полностью зависят от ввода, их легко понять. Возвращаемое значение, данное такими функциями, совпадает с результатом, полученным ими.

- Благодаря природе чистых функций, позволяющих избежать изменения переменных или каких-либо внешних данных, реализация параллелизма становится эффективной.

- Функции обрабатываются как значения, передаваемые другим функциям как параметры. Это улучшает понимание и читаемость кода.

- Чистые функции принимают параметры один раз, производя неизменяемый результат. Использование неизменяемых значений упрощает отладку и тестирование.

Короче и понятнее

Они короче и легче для понимания, чем императивы. Исследования показали, что средняя продуктивность программиста с точки зрения количества строк кода более или менее одинакова для любого языка программирования, что означает более высокую производительность.

Нет потока управления

Вызов функции не может иметь другого эффекта, чем вычисление ее результата. Это исключает основной источник ошибок, а также делает порядок выполнения несущественным, поскольку никакой побочный эффект не может изменить значение выражения, и его можно оценить в любое время.

Программист освобождается от бремени создания потока управления. Поскольку выражения можно оценивать в любое время, переменные можно заменять их значениями.

Эта автономия делает функциональные программы более математически управляемыми, чем обычные программы.

Недостатки

- Парадигма функционального программирования непростая, поэтому новичку в ней сложно разобраться.

- Сложно поддерживать, так как многие объекты развиваются во время кодирования.

- В некоторых случаях написание чистых функций приводит к снижению читабельности кода.

- Неизменяемые значения в сочетании с рекурсией могут привести к резкому снижению производительности системы.

- Повторное использование очень сложно и требует постоянного рефакторинга.

- Написание программ в рекурсивном стиле вместо использования циклов или циклов может быть очень сложной задачей.

- Объекты могут неправильно отображать проблему.

- Хотя написание чистых функций оказывается простым, объединить их с остальной частью приложения и с операциями ввода / вывода довольно сложно.

Приложения

Программирование с использованием искусственного интеллекта выполняется на языках функционального программирования, а методы искусственного интеллекта переносятся в приложения реального мира.

Он также отлично подходит для реализации сложных математических моделей. По этой причине одно из основных применений функциональных языков традиционно было академическим. Это полезно для разработки исполняемых спецификаций и реализации прототипов.

Многие функциональные языки также отлично справляются с реализацией параллельной обработки. Это связано с его способностью использовать преимущества чистых функций, которые всегда возвращают одно и то же значение независимо от порядка, в котором они выполняются.

Функциональная методология

WhatsApp использует язык программирования Erlang, который следует модели функционального программирования, что позволяет более чем сотне его сотрудников обрабатывать данные, принадлежащие примерно 1,6 миллиардам человек.

Еще один важный носитель стиля функционального программирования - Haskell. Он используется Facebook в своей системе защиты от спама. Даже JavaScript, один из наиболее широко используемых языков программирования, демонстрирует свойства динамически типизированного функционального языка.

Языки, поддерживающие функциональное программирование

D

Он был разработан после C ++, получив все его преимущества, устранив наблюдаемые недостатки, связанные с совместимостью с C.

Erlang

Он обладает высокой масштабируемостью и возможностью одновременной работы, что делает его идеальным для телекоммуникационных и других приложений, которые получают огромные объемы данных в непредсказуемом порядке.

Haskell

Это чистый функциональный язык программирования, использующий лямбда-исчисление.

ML

Он используется в математических, научных, финансовых, аналитических и других приложениях. Одна из его сильных сторон - создание программного обеспечения для работы с другими программами.

Цель Caml

Это язык с открытым исходным кодом, основанный на Caml. Он имеет тенденцию создавать очень легкие программы, помогая им загружаться и работать быстрее, чем программы, созданные на других языках.

Схема

Он основан на синтаксисе LISP и структуре ALGOL. Из-за своей простоты он используется во многих курсах информатики как введение в разработку программ, чтобы показать некоторые основы компьютерного программирования.

Ссылки

1. Кто это размещает (2019). Изучите функциональное программирование: этот стиль программирования поразит вас. Взято с сайта whoishostingthis.com.
2. Андреа Бертоли (2019). Адекватное введение в функциональное программирование. Взято с сайта: dev.to.
3. Хакерская Земля (2020). Функциональное программирование. Взято с: hackerearth.com.
4. Clojure (2020). Функциональное программирование. Взято с: clojure.org.
5. Ахил Бхадвал (2020). Функциональное программирование: концепции, преимущества, недостатки и приложения. Взломать. Взято из: hackr.io.
6. Guru99 (2020). Что такое функциональное программирование? Учебник с примером. Взято с: guru99.com.